오늘은 전고체 배터리의 종류와 발전방향의 대해 설명해 보겠습니다. 전고체 배터리(Solid-state battery)는 전해질이 액체가 아닌 고체 물질로 이루어진 배터리입니다. 전고체 배터리는 낮은 자가 방전률, 높은 충전 효율, 향상된 안전성, 화재 위험 감소 등의 장점이 있습니다. 전고체 배터리는 여러 종류의 고체 전해질을 사용할 수 있으며, 이에 따라 전고체 배터리의 종류도 다양합니다.
세라믹 전고체 전해질 배터리
세라믹 재질을 사용한 전고체 전해질이 포함된 배터리로, 높은 전도도와 낮은 화재 위험 등의 장점이 있습니다. 주로 리튬미네랄 전산화물, 리튬철석과 같은 세라믹 기반의 고체 전해질 사이에 양극과 음극을 고정합니다.
고분자 전고체 전해질 배터리
고분자 재료를 사용한 전고체 전해질이 특징인 배터리입니다. 일반적으로 고분자 전해질은 고분자 전자전도고체나 전자민감고분자를 사용합니다. 이러한 재료는 전자전도성과 기계적 강도가 높아, 높은 전야에도 우수한 성능을 보입니다.
금속 유기격자 전고체 전해질 배터리
금속 유기격자(MOF; Metal Organic Framework)를 고체 전해질로 사용하는 배터리입니다. MOF는 금속 이온을 고분자 무기 사슬(polymeric inorganic chains)로 구성하여 만든 입자입니다. 이들 사이의 공간은 전단수 종록 및 비계 냄새 옆의 고체-고체 전류론을 처리하는 공간을 제공합니다. 이로 인해 금속 유기격자 전고체 전해질의 전자전도성이 향상되고 배터리의 충전 효율이 향상됩니다.
이 외에도 이종 격리막, 유기-무기 하이브리드 물질 등 다양한 전고체 전해질 물질들이 연구 중에 있습니다. 가장 일반적인 전고체 배터리 기술은 리튬 이온 배터리 기반으로 개발되고 있으며, 이 외에도 나트륨, 마그네슘, 아연 등 다양한 금속을 사용한 전고체 배터리 연구도 진행 중입니다.
전고체 배터리 연구 분야에서 앞으로 예상되는 발전 방향은 크게 두 가지입니다.
전해질 성능 향상
전고체 배터리의 성능을 향상시키기 위해서는 전해질의 성능을 개선해야 합니다. 전해질은 이온 전도도와 안정성, 전해질 전기화학적 안정성, 경도 등과 같은 여러 가지 특성을 갖고 있습니다. 이들 특성을 향상시키기 위한 연구가 진행 중이며, 이를 통해 전기적으로 안정적이고 더 높은 에너지 밀도를 갖는 전고체 배터리가 개발될 것으로 예상됩니다.
산업적 활용
전고체 배터리 기술은 아직 연구 개발 단계이며, 산업적으로 활용되려면 충분한 안정성, 전기 성능 및 경제성을 보장해야 합니다. 이를 위해서는 제조 공정의 개선과 대규모 생산 기술의 개발 등이 필요합니다. 또한, 전고체 배터리를 적용하여 만들어지는 제품들이 구매자에게 제공되기 전에 실제 완제품에서의 성능과 성숙도를 충분히 검토해야 합니다.
오늘은 전고체 배터리의 종류와 발전방향에 대해 알아 봤습니다. 디스플레이나 전기자동차 등 다양한 산업 분야에서의 전고체 배터리 활용에 대한 관심이 높아지고 있으며, 현재까지 시제품 수준이라 구현 단계에 있지만, 이제부터 천천히 미래 산업을 염두한다면 응용 가능성을 더욱 높여갈 것이라고 예상합니다.